Théorie de résolution des problèmes d’innovation TRIZ Théorie de résolution des problèmes d’innovation Guenrich ALTSHULLER (1926 – 1998) Christian Teixido Avril 2006

La créativité: quelques clés. TRIZ et la méthode des contradictions. L’intégration de la méthode des contradictions dans une démarche de conception.

QUELQUES CLES Avant toute créativité, nécessité de bien définir le besoin que devra satisfaire le produit ou le processus, indépendamment des solutions: - énoncé des fonctions de service (produit), ou de changement d’état (processus); - caractérisation des fonctions. Ne pas chercher la bonne solution. Ne pas raisonner en solutions. Deux phases indispensables: -mode de pensée divergente (accumulation du maximum de « matériaux »); -mode de pensée convergente (structuration et décision). Il y a peu de principes; Il y a beaucoup de solutions; Chaque solution dépend d’un principe; Il faut donc, tout d’abord, rechercher les principes.

L’ARBRE DE CREATIVITE La fonction, ou l’objectif, est le tronc. Les branches concernent les principes. Les branchettes sont les fonctions techniques, ou les procédés. Les solutions correspondent aux feuilles.

F.A.S.T. de créativité ou Arbre des voies technologiques Procédé ou F.T. 1221 F.T. 1222 F.T. 1223 Fonction Technique 11 Technique 12 Technique 32 Technique 13 Technique 31 Principe 122 121 Fonction de service ou changement d’état Principe 1 Principe 2 Principe 3 Service à rendre Approche scientifique Approche technologique Solutions J.N. avec F k (produit) E.F.(processus ) Solution Dans quel But ? Quand (Et Ou) Comment

Quelques commentaires En raison de notre « inertie psychologique », l’arborescence de créativité est généralement peu fournie. Faible nombre de principes Principes classiques: mécanique, magnétique, par gravité,… Dans les années 50, 60, des pionniers de la créativité (Gordon, Osborn, Koestler,….) ont recommandé de sortir des mécanismes habituels de pensée: Principes tels que l’éloignement, l’inversion, le concassage,….. Mais, manque de méthode pour les faire émerger et les exploiter. Le génie de Guenrich Altshuller est d’avoir sélectionné et analysé des milliers de brevets émergence de 40 principes dont ils découlent et susceptibles de s’adapter à tous nos problèmes techniques, comme: Segmentation Poupée russe Anticipation de l’action Inversion Sphéricité……..

Liste des 40 principes 01 Segmentation 02 Extraction 03 La qualité locale 04 Asymétrie 05 Groupement 06 Universalité 07 Poupée russe 08 Contrepoids 09 Contre-action préalable 10 Anticipation de l’action 11 Prévention 12 Equipotentialité 13 Action « à l’inverse » 14 Sphéricité 15 Dynamisme 16 Action partielle ou excessive 17 Transition vers une autre dimension 18 Vibrations mécaniques 19 Action périodique 20 Continuité de l’action utile 21 Action « flash » 22 Transformation d’un problème en opportunité 23 Rétroaction 24 Intermédiaire 25 Self-service 26 Copie 27 L’éphémère bon marché 28 Remplacement du système mécanique 29 Technologies pneumatique et hydrauliques 30 Membranes flexibles et parois minces 31 Matériaux poreux 32 Changement de couleur 33 Homogénéité 34 Rejet et régénération des parties 35 Changement de paramètres de l’objet 36 Transitions de phases 37 Dilatation thermique 38 Oxydants forts 39 Environnement inerte 40 Matériaux composites

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nécessité d’une méthode de résolution permettant de: TRIZ Pour un problème réel, nécessité d’une méthode de résolution permettant de: mettre en évidence le principe à adopter; déduire, à partir de ce principe, la solution la mieux adaptée. Comment faire? Culture technique et Brainstorming

Des exemples simples Réponse de TRIZ Réponse de TRIZ Comment augmenter la résistance mécanique d’une pièce en flexion sans que le poids n’augmente? -01: Segmentation -26: Copie -27: L’éphémère -40: Composite Réponse de TRIZ Comment augmenter la pression dans un réservoir sans que sa résistance mécanique ne se dégrade? Réponse de TRIZ -10: Contre-action préalable -14: Sphéricité -27: L’éphémère -35: Changement de paramètres physiques et chimiques

LA CONTRADICTION TECHNIQUE Afin d’améliorer une fonction technique, il arrive souvent qu’on se heurte à la résistance d’une autre fonction. Il existe un conflit entre deux paramètres (ou caractéristiques) différents concernant un produit, un processus; l’amélioration d’un paramètre engendre la dégradation d’un autre: c’est la contradiction technique. A B - + Si on tire A vers le bas (direction d’amélioration), B se dégrade inévitablement. A B - + Pour améliorer A au maximum sans avoir dégradé B, il faut couper le lien entre A et B.

LA METHODE DES CONTRADICTIONS TECHNIQUES Matrice des contradictions Modèle du problème Modèle de Solutions (principes) Interprétation Domaine abstrait Réalité industrielle Reformulation Problème Solution(s)

Une étape fondamentale: LA REFORMULATION Les solutions ne sont jamais idéales. Il existe toujours une caractéristique (réponse à un critère) que l’on veut améliorer. Trouver cette caractéristique, c’est poser le problème. On veut qu’une pièce résiste à des efforts très élevés. Dans la majorité des cas, l’amélioration d’une caractéristique entraîne la détérioration d’une autre. Formulation initiale Si la caractéristique A s’améliore, une autre caractéristique se dégrade. Si on augmente la résistance de la pièce, celle-ci devient plus encombrante. A partir de la liste de 39 paramètres (caractéristiques) appliqués à tous les domaines techniques (travail d’Altshuller). Reformulation de l’expression de la contradiction initiale en termes contenus dans la liste. 01 Poids d’un objet mobile 14 Tenue mécanique 25 Perte de temps 29 Précision de fabrication 35 Adaptabilité 38 Degré d’automatisation ………………. Paramètre à améliorer: tenue mécanique (14). Paramètre qui se dégrade: volume d’un objet immobile (08).

Liste des paramètres (caractéristiques) 01 Poids d’un objet mobile 02 Poids d’un objet immobile 03 Longueur d’un objet mobile 04 Longueur d’un objet immobile 05 Surface d’un objet mobile 06 Surface d’un objet immobile 07 Volume d’un objet mobile 08 Volume d’un objet immobile 09 Vitesse 10 Force 11 Tension, pression 12 Forme 13 Stabilité de la composition de l’objet 14 Tenue mécanique 15 Durée d’action d’un objet mobile 16 Durée d’action d’un objet immobile 17 Température 18 Eclairement 19 Energie dépensée par l’objet mobile 20 Energie dépensée par l’objet immobile 21 Puissance 22 Perte d’énergie 23 Perte de substance 24 Perte d’information 25 Perte de temps 26 Quantité de substance 27 Fiabilité 28 Précision de la mesure 29 Précision de fabrication 30 Facteurs nuisibles agissant sur l’objet 31 Facteurs nuisibles de l’objet lui-même 32 Commodité de fabrication 33 Commodité d’utilisation 34 Commodité de réparation 35 Adaptabilité, polyfonctionalité 36 Complexité de l’appareil 37 Complexité de contrôle 38 Degré d’automatisation 39 Productivité

On veut qu’une pièce résiste à des efforts très élevés. Un exemple simple On veut qu’une pièce résiste à des efforts très élevés. Pour cela, il faut augmenter ses dimensions, ce qui la rend plus encombrante. Donc une contradiction technique: si on augmente la résistance de la pièce, celle-ci devient plus encombrante. Paramètre à améliorer: tenue mécanique (14) Paramètre qui se dégrade: volume d’un objet immobile (8) Principes (TRIZ) 9: contre-action préalable 14: sphéricité 15: dynamisme 17: transition vers une autre dimension

LA MATRICE DE RESOLUTION DES CONTRADICTIONS TECHNIQUES Matrice carrée de dimension 39 x 39 (39 paramètres). Les paramètres à améliorer sont disposés en lignes. Les paramètres qui se dégradent sont disposés en colonnes. Paramètre qui se dégrade Paramètre à améliorer 9,14, 15,17 9-Contre-action préalable. 14-Sphéricité. 15-Dynamisme. 17-Transition vers une autre dimension. 8-Volume d’un objet immobile 14-Tenue mécanique

On veut un actionneur linéaire de très grande course. Un exemple simple On veut un actionneur linéaire de très grande course. Pour cela, il devient encombrant. Donc une contradiction technique: si on augmente la course, le volume se dégrade. Paramètre à améliorer: longueur d’un objet mobile (3) Paramètre qui se dégrade: volume d’un objet mobile (7) Principes (TRIZ) 4: asymétrie 7: poupée russe 17: transition vers une autre dimension 35: changement de paramètre

Comment faire les trous? Un exemple industriel Une entreprise reçoit une commande de réalisation de grands filtres en verre de forme cylindrique (diamètre: 1m, hauteur: 2m). Chaque filtre doit être percé d’une multitude de petits trous de part en part. Comment faire les trous? En fait, on veut qu’une pièce de forme imposée et contraignante (volume important et en verre) possède des fonctions, à priori, non adaptées et difficiles à réaliser : perçage de mille petits trous. Donc une contradiction technique: si on augmente l’adaptabilité de la pièce, ou sa complexité, celle-ci devient difficile à réaliser. Paramètre à améliorer: adaptabilité (35), ou complexité (36) Paramètre qui se dégrade: commodité de fabrication (32)

~ Réponses de TRIZ D’abord Action inverse puis Segmentation 31: matériau poreux Adaptabilité 35 / Fabrication 32 26: copie 27: éphémère Complexité 36 / Fabrication 32 Action inverse ~ D’abord Segmentation puis

La place de la méthode des contradictions techniques dans une démarche de conception (produit ou processus) Pour une fonction de service (produit), ou une fonction de changement d’état (processus), la construction du F.A.S.T. de créativité met en évidence des principes et des solutions susceptibles de répondre au besoin. Il s’agit alors, de sélectionner ces principes, et donc les solutions, afin de déduire celle qui respecte tous les critères énoncés lors de la caractérisation de la fonction (CdCF). C’est le contrôle de validité. Le principe le mieux adapté (donc la solution) peut contenir une contradiction technique. Par exemple: le niveau de performance d’un critère ne peut être atteint qu’au détriment du niveau d’un autre.

PROCEDURE DE CHOIX TECHNOLOGIQUES Procédé ou F.T. 1221 F.T. 1222 F.T. 1223 Fonction de service ou changement d’état Principe 1 Principe 2 Principe 3 Fonction Technique 11 Technique 12 Technique 13 Principe 12 2 121 Dans quel But ? Quand (Et Ou) Comment Oui Mais Non parce que Non Parce que Oui… Mais… TRIZ - Pourquoi choisir ce principe, cette F.T., ce procédé ? Avantages da ns l’absolu Avantages dans le problème étudié Y a-t-il une contradiction? Qu’est ce qui peut interdire l’emploi de ce principe, cette F.T., ce procédé CONTROLE DE VALIDITE PROCEDURE DE CHOIX TECHNOLOGIQUES TRIZ

TRIZ Ce n’est pas ni C’est une « boussole » Solution Solution Problème

Un exemple de projet en S.T.S. (CPI) La société André RICHARD réalise des pièces fragiles pour l’aviation, dont les dimensions sont de l’ordre d’une petite boîte d’allumettes. Elle doit les livrer emballées en lots. Actuellement, l’emballage est assez quelconque et les pièces s’abîment lors de leur transport ; il y a donc insatisfaction du client. Après une analyse du besoin et à l’issue d’une recherche sur les diverses formes d’emballages, il s’est avéré que le procédé par pelliplaquage (thermoformage sous vide) est le mieux adapté.

Processus global adopté

Fonctions de changement d’état du processus de pelliplaquage On appelle ensemble : les pièces avec le carton micro - perforé, le support alvéolé, le papier de soie et le papier kraft. Remarque: toutes ces fonctions doivent être réalisées au moyen d’une énergie (pneumatique ou électrique). FP3 E.I. Film blister stocké Film blister posé chauffé Ensemble et film sous vide et soudé Ensemble et film blister plaqués FP2 FP4 FP5 FP 5 FP1 Ensemble dans la machine Ensemble en stock tampon E.F. Emballage sorti de FP6 Processus de pe lliplaquage : Mettre l'ensemble dans la machine (de pelliplaquage) (étape 6). FP 2 : Mettre en position le film blister (étape 7). FP 3 : Chauffer le film blister (étape 8). FP 4 : Plaquer l’ensemble et le film blister chauffé (étape 9). FP 5 : Mettre sous vide, et souder le film et le carton (étapes 10 et11). FP 6 : Evacuer l’emballage de la machine (étape 12). Fonctions de changement d’état du processus de pelliplaquage

Concernant FP1 (mettre l’ensemble dans la machine): Pour chacune des fonctions de changement d’état, un F.A.S.T. de créativité a été élaboré. Concernant FP1 (mettre l’ensemble dans la machine): Le F.A.S.T. de créativité a permis de mettre en évidence 7 principes de solutions possibles S1 à S7. A l’issue d’un contrôle de validité: le principe par transfert linéaire a été préféré au transfert rotatif; le groupe a adopté une transmission du mouvement par chaînes, plutôt qu’un convoyeur à rouleaux ou un tapis roulant, n’assurant pas une mise en position précise de l’ensemble sur le plateau. deux plots (ou doigts) transmettent le mouvement au carton par l’intermédiaire d’une barre de solidarisation.

Solution S7

Paramètre à améliorer: Forme (12), ou Surface d’un objet immobile (6). Le principe de cette solution paraît le mieux adapté car il répond aux critères de positionnement de l’ensemble sous la machine de thermoformage, et le pliage du carton n’est pas à craindre lors de son transfert. Mais: le plateau doit avoir des dimensions supérieures à celles du carton (thermoformage correct); les plots poussent le carton avant et après thermoformage. Il faut, donc, que le plateau soit plus large que le carton lors du thermoformage et moins large que le carton pour son arrivée et surtout, son évacuation. Donc la contradiction technique: il faut faire varier la forme du plateau (ou sa surface), ce qui accroît la durée des opérations. Paramètre à améliorer: Forme (12), ou Surface d’un objet immobile (6). Paramètre qui se dégrade: Perte de temps (25).

Surface 6 / Perte de temps 25 Réponses de TRIZ 10: anticipation de l’action 14: sphéricité 17: transition vers une autre dimension 34: rejet et régénération des parties Forme 12 / Perte de temps 25 35: changement de paramètres 4: asymétrie 18: vibrations Surface 6 / Perte de temps 25 Une solution Usiner deux rainures longitudinales dans le plateau afin que les plots (accrochés au niveau de leur partie supérieure à une barre de solidarisation liée à la transmission par chaînes) traversent le plateau lors de l’arrivée du carton, et surtout, lors de son évacuation.

2 rainures longitudinales

Un exemple d’intégration de l’industrialisation en conception

Dans la proposition de conception de la pièce, figure un trou lamé permettant de réaliser une liaison complète avec un bâti. Mais la forme supérieure de cette pièce est telle que l’outil ne peut usiner le lamage. Donc la contradiction technique: si l’on veut que l’outil effectue le lamage, la forme supérieure de la pièce doit être réduite (ou déplacée) pour son passage. Paramètre à améliorer: commodité de fabrication (32) Paramètre qui se dégrade: forme (12), ou longueur d’un objet immobile (4)

Réponses de TRIZ -Lamage débouchant -Déplacer le trou -Bossage ………. Fabrication (32)/ Forme (12) Fabrication (32)/ Longueur d’un objet immobile (4) 1: segmentation 13: action inverse 27: éphémère 28: remplacement du système mécanique 15: dynamisme 17: transition vers une autre dimension 27: éphémère -Lamage débouchant -Déplacer le trou -Bossage ……….

Outil à lamer en tirant